Испытание карбюраторного двигателя

 

Для испытания использовался карбюраторный двигатель ГАЗ-52-01 автомобиля ГАЗ-52-03. Испытание проводится на обкаточно-тормозном стенде КИ-2139Б. Номинальная мощность двигателя - 55,2 кВт, номинальная частота вращения вала двигателя - 2600 об/мин, литраж двигателя - 3,48 л.

 

5.5.1 Регулировочная характеристика двигателя по
 составу смеси (по расходу топлива)

 

Определение характеристики. Регулировочная характеристика двигателя по составу смеси - это зависимость эффективной мощности Nе, часового Gт и удельного gе расходов топлива, а также других показателей от состава смеси при установившейся частоте вращения вала двигателя и постоянном открытии дроссельной заслонки карбюратора.

Цель работы. На основании анализа регулировочных характеристик определить оптимальные значения расхода топлива для последующей регулировки карбюратора и подбора жиклеров.

Анализ характеристики. В связи с тем, что регулировочная характеристика по составу смеси снимается при фиксированном положении дроссельной заслонки, то в первом приближении можно считать часовой расход воздуха постоянным. Изменение же расхода топлива регулировочной иглой жиклера меняет концентрацию топлива в воздушном заряде, то есть состав смеси. Это приводит к изменению количества теплоты, которое должно выделиться при полном сгорании смеси нормального состава a = 1,0, а при обеднении или обогащении смеси выделение теплоты уменьшается. На бедных смесях это связано с уменьшением количества топлива содержащегося в смесях, а при обогащении в связи с химической неполнотой сгорания топлива, вследствии недостатка воздуха.

В действительности, как видно из полученной при испытаниях характеристики (рис. 15) максимальная мощность наблюдается не при a = 1,0, а при более богатой смеси a = 0,8...0,9. Это объясняется тем, что при обогащенной смеси выделяется максимальное количество теплоты; сгорание происходит с максимальной скоростью, что способствует более полному превращению теплоты в работу; увеличивается коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси, что увеличивает давление в цилиндре, а значит и мощность; уменьшается диссоциация продуктов сгорания, что требует дополнительного поглащения теплоты.

Рисунок 5.7 - Регулировочная характеристика карбюраторного двигателя:

а) по составу смеси; б) по расходу топлива

Максимальная мощность двигателя уменьшается при отклонении состава смеси от мощностного a_N = 0,8...0,9. При обогащении смеси a < a_N это объясняется главным образом увеличением химической неполноты сгорания топлива из-за недостатка воздуха. При обеднении смеси a > a_N мощность уменьшается вследствии уменьшения количества топлива, подаваемого в цилиндры двигателя. Кроме того, в обоих случаях падение мощности связано с уменьшением скоростей горения. При уменьшении скорости горения большая доля топлива сгорает на такте расширения, снижается степень расширения продуктов сгорания и возможность превращения теплоты топлива в механическую работу. Возрастают потери теплоты с отработавшими газами и в систему охлаждения, как за счет большей температуры газов, так и вследствии увеличения поверхности теплоотвода при удалении поршня от ВМТ.

Из характеристики видно, что при обеднении смеси экономичность улучшается только до определенного предела, который называется пределом эффективного обеднения смеси a_эк. При дальнейшем обеднении смеси экономичность двигателя ухудшается и его работа становится неустойчивой. При чрезмерном обеднении смеси скорость распространения пламени уменьшается значительно. При этом процесс сгорания затягивается, увеличивается доля теплоты, сгорающей смеси на такте расширения газов, уменьшается работа расширения газов, возрастает количество теплоты, отводимое в систему охлаждения и с отработавшими газами. Это приводит к снижению индикаторного КПД цикла и повышается удельный расход топлива.

Выбор оптимальной регулировки карбюратора. Регулировочная характеристика по составу смеси используется для выбора регулировок карбюратора и для определения наибольших мощностных и экономических показателей. Значение максимальной мощности и минимального удельного расхода топлива не совпадают (см. рис. 15). Они получены при разном составе смеси: мощностным a_N и экономическим a_эк.

Выбор оптимальной регулировки карбюратора по регулировочной характеристике может быть произведен способом двух касателтьных и треугольника. На характеристике Ne, ge, a = f(Gт) одну касательную линию проводят к кривой Ne = f(Gт) из начала координат (в-в), а вторую касательную к этой же кривой параллельно оси абсцисс (а-а). На характеритике эти касательные проходят через точки А и С. Перпендикуляры, опущенные на оси абсцисс из этих точек, определяют часовой расход топлива для режимов наибольшей экономичности и мощности. В практике карбюраторы не регулируют на эти режимы, т.к. при нарушении регулировок в эксплуатационных условиях может сместить режим двигателя в сторону больших удельных расходов топлива или неустойчивой работы.

 Для определения оптимального расхода топлива из точки В пересечения касательных опускают перпендикуляр на ось абсцисс, где и определяется Gт_опт.

 

5.5.2 Регулировочная характеритика двигателя
 по углу опережения зажигания

Определение характеристики. Регулировочной характеристикой двигателя по углу опережения зажигания называется зависимость мощностных, экономических, токсических и других показателей двигателя от угла опережения зажигания.

Цель работы. Выявить зависимость мощности, часового, удельного расходов топлива и других показателей от угла опережения зажигания и определить его оптимальную величину.

Анализ характеристики. Из характеристики следует (рис. 16), что часовой расход топлива остается постоянным. Это объясняется тем, что регулировка карбюратора, положение дроссельной заслонки и частота вращения вала двигателя не изменяются. На часовой расход топлива может оказывать влияние подогрев горючей смеси, однако он незначителен. При постоянном часовом расходе топлива величина удельного расхода топлива обратно пропорциональна эффективной мощности: ge = Gт/Ne = Const. · (1/Ne).

Рисунок 5.8 - Регулировочная характеристика карбюраторного двигателя по углу опережения зажигания

 

То есть, экстремальные значения мощности и удельного расхода топлива обеспечиваются при одном и том же оптимальном угле опережения зажигания.

Теоретически, наилучшие показатели двигателя могли быть получены при мгновенном выделении теплоты в ВМТ, что обеспечило бы максимальную степень расширения продуктов сгорания и максимальный КПД цикла. В действительности, для сгорания рабочей смеси требуется некоторое время, за которое поршень проходит определенный путь, а условия горения заряда меняются.

Оптимальным углом опережения зажигания будет такой угол, при котором сгорание основной массы заряда происходит при положении поршня вблизи ВМТ. В этом случае быстрое горение заряда, высокая степень расширения продуктов сгорания в сочетании с минимальными потерями на сжатие заряда и на отвод теплоты в стенки камеры сгорания и с отработавшими газами обеспечивают наилучшие мощностные и экономические показатели.

С увеличением угла опережения зажигания (раннее зажигание) сгорание большей части топлива происходит до прихода поршня в ВМТ в условиях уменьшающегося объема цилиндра. Максимальное давление и температура цикла возрастают. В результате увеличиваются тепловые потери в стенки цилиндра, массовые потери заряда вследствии прорыва газа через зазоры поршневых колец.

Снижение эффективности выделения теплоты и увеличение тепловых потерь характеризуются уменьшением индикаторного КПД цикла. Возрастание работы сжатия заряда, большие максимальные давления цикла увеличивают трение, т.е. механические потери и уменьшают механический КПД. Поэтому эффективный КПД уменьшается, а удельный расход топлива возрастает.

Более раннее зажигание, вызывающее повышение температуры и давления газов в процессе сгорания, может привести к возникновению детонации, вызывающей усиленную теплоотдачу в охлаждающую жидкость. Работа двигателя с детонационным сгоранием недопустима.

С уменьшение угла опережения зажигания (позднее зажигание) процесс воспламенения топливо-воздушного заряда приближается к ВМТ, а процесс сгорания основного заряда смещается на такт расширения и происходит при значительно увеличивающемся объеме над поршнем. Возрастающее давление в цилиндре двигателя как бы "догоняет" уходящий поршень. Уменьшается действительная степень расширения продуктов сгорания и возможность перехода выделяющейся теплоты в работу. Максимальные давление и температура сгорания уменьшаются, но давление и температура сгорания на линии расширения увеличиваются. В результате увеличиваются тепловые потери в стенки цилиндра и с отработавшими газами. Все это приводит к уменьшению индикаторного КПД цикла, снижению мощности двигателя и увеличению удельного расхода топлива.

При работе двигателя со слишком поздним углом опережения зажигания приводит к увеличению тепловых потерь в стенки цилиндра, с отработавшими газами и является причиной перегрева двигателя.

В карбюраторном двигателе значение оптимального угла опережения зажигания корректируется в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

С ростом частоты вращения вала двигателя сокращается время цикла. Скорость сгорания основной массы заряда возрастает вследствии повышения турбулизации заряда почти пропорционально частоте вращения. Однако улучшение перемешивания не компенсирует сокращение времени сгорания, и необходимо увеличить угол опережения зажигания. В эксплуатации это обеспечивается работой центробежного регулятора опережения зажигания, установленного в прерывателе-распределителе.

Оптимальный угол опережения зажигания изменяется и от нагрузки двигателя. С уменьшением нагрузки, оптимальный угол опережения зажигания возрастает. Объясняется это тем, что по мере снижения нагрузки и прикрытия дроссельной заслонки снижается коэффициент наполнения и возрастает коэффициент остаточных газов, уменьшается турбулизация заряда, снижаются давление и температура цикла. Эти факторы ухудшают условия воспламенения, уменьшают скорость сгорания топливо-воздушного заряда, приводят к увеличению длительности всех фаз сгорания и определяют необходимость увеличения оптимального угла опережения зажигания. В эксплуатации это обеспечивается вакуумным регулятором опережения зажигания прерывателя-распределителя, реагирующим на изменение разрежения во впускной трубе при изменении положения дроссельной заслонки карбюратора, т.е. нагрузки двигателя.

Использование топлива с недостаточно высоким для данного двигателя октановым числом приводит к нарушению сгорания в виде детонации. В эксплуатации устранить детонацию из-за несоответствия сорта топлива рекомендуемому можно с помощью октан-корректора. Уменьшение угла опережения зажигания приводит к затягиванию процесса сгорания на такт расширения, уменьшает максимальные давление и температуру цикла, что устранит детонацию. Однако следует учитывать, что значительное уменьшение октан-корректором угла опережения зажигания по сравнению с оптимальным, приводит к ухудшению мощностных и экономических показателей двигателя.

Выбор оптимальной регулировки угла опережения зажигания. Для заданного скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя оптимальным является такой угол опережения зажигания, при котором двигатель одновременно развивает максимальную мощность и имеет минимальный удельный расход топлива. По построенной характеристике (см. рис. 16) определяется оптимальный угол опережения зажигания.